前端加密的几种常用方法

2016年11月14日 前端技术 暂无评论 阅读 68 views 次

前端安全是Web安全的一部分,常见的安全问题会有XSS、CSRF、SQL注入等,然而这些已经在程师界得到了相当高的重视并且有了很成熟的解决方案。 所以我们今天只谈前端“加密”,一个部分人认为没有意义的工作。有争议的事情总是那么因崔斯汀,接下来就让我们谈谈前端传输中的数据“加密” 。

前端传输的数据我们应该用什么算法加密,如何组织整个加密过程呢? 一般有几种做法:

• JavaScript 加密后传输

• 浏览器插件内进行加密传输

• Https 传输

严格意义来说第一种手段并非加密,而是一种信息摘要的应用,为了阐述方便下文统统使用加密一词。在进行下文之前,需要简单的介绍几个概念:

 

哈希与加密

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上图中我们可以明显看到哈希和加密是两个不同的东西,主要有两点不同:

哈希算法通常用于数据摘要,生成相同长度的文本。而加密算法生成的密文长度与明文长度有关。
哈希算法是不可逆的,而加密算法是可逆的。

在加密算法中又分为对称加密(symmetric encryption)和非对称加密(asymmetric encryption)。非对称加密算法中,加密密钥和解密密钥是不同的,分为私钥和公钥,我们熟知的 RSA 就是一种非对称加密算法。而对称加密中,加密和解密都是用同一个密钥,如 AES / DES。从性能上来说,非对称加密相对于对称加密要慢很多。

在 HTTPS 中,认证过程使用了非对称加密算法,非认证过程中使用了对称加密算法。

 

前端加密的意义

在 HTTP 协议下,数据是明文传输,传输过程中网络嗅探可直接获取其中的数据。 如用户的密码和信用卡相关的资料,一旦被中间人获取,会给用户带来极大的安全隐患。

另一方面,在非加密的传输过程中,攻击者可更改数据或插入恶意的代码等。HTTPS 的诞生就是为了解决中间人攻击的问题,但如今 HTTPS 的使用情况在国内并不乐观,基本是因为成本或者性能的考量。

 

Q

那么问题来了,
如果仍然使用 HTTP 协议,
怎么样一定程度保证用户的数据安全?

 

A

前端加密,
即在数据发送前,
将数据进行哈希或使用公钥加密。
如果数据被中间人获取,
拿到的则不再是明文。

设想在如今公共 WIFI 流行的今天,一旦某一个 AP 的流量被攻击者劫持,如果密码和用户名都是明文,那么攻击者将轻而易举的使用这些资料进行 Replay 登录。更糟糕的是很多用户在不同的网站使用相同的账号信息,用户的隐私荡然无存。

作为网站服务提供者,网站设计和开发人员应该为用户提供相对安全的服务,这是一种责任也是一种情怀。

另外,如果前端使用哈希算法,不仅可以帮助后端分担部分计算压力,还可以增加撞库成本。具体的讨论将在下文继续。

 

如何加密

前面说过使用 JavaScript 加密有两种方式,一是使用哈希进行信息摘要,一种是使用非对称加密。在国内的知名站点中,这两种方式都有人使用。接下来我们分别来深入了解加密过程,探讨下如何应对不同的场景。

 

1 哈希“加密”

为了避免传输过程中的明文风险,前端可以在发送敏感数据前对其加密,如密码。由于哈希算法的不可逆性,中间人无法从截取的数据中得知用户的密码信息。

但是这里有一个问题,攻击者仍然可以使用拿到的哈希值进行直接登录。使用前端加密如何避免中间人重放攻击?带着这个问题,我们回顾下后台如何验证用户。

很多站点后台对于用户密码处理也是用哈希算法,一方面因为不需要将密文解密成明文来比对密码,另一方面是一旦加密算法和密钥泄露,那么整个用户资料库就相当于明文存储了。如果前端传过来的是明文,那么在注册时将其哈希,存入数据库。登录时,将密码哈希和数据库对应的数据比对,若一致则说明密码正确。

如果我们使用 Salt 是否可以解决问题?如果前端传过来的是加了 salt 的哈希值,我们需要后端存有同一份 salt ,用其和数据库的加密密码哈希,然后与前端传过来的哈希值比对。两个过程的对比见下图:

 

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很容易知道,如果 Salt 不是每次登陆不同,那么攻击者仍可以使用加密后的密码进行直接登陆,所以必须使用动态 Salt。动态 Salt 有很多方法,可以是动态的 Token,也可以直接使用现成的验证码。 这当中使用验证码是对后台系统改动较小且效果不错的,我们来看看怎么样结合验证码进行前端加密。

 

2 结合验证码进行前端加密

前端先将密码哈希,然后和用户输入的验证码进行哈希,得到的结果作为密码字段发送给服务器。服务器先确认验证码正确,然后再进行密码验证,否则直接返回验证码错误信息。

这种实践保证了密码在传输过程中的资料安全,即使攻击者拿到了数据也无法重放。图形化验证码更是增加了难度。另一方面该实践大大增加了撞库的成本。

前端加密一定程度保障了传输过程中的资料安全,那么会不会有对两端(客户端和服务器)有安全帮助呢?

有帮助,使用一些前端加密手段,可以增加拖库后的数据破解难度。但是之前介绍的验证码方法不具有这样的功能,因为数据库存的仍是明文密码哈希后的结果,那么攻击者可以绕过前端加密,可以直接暴力破解。

 

3 如何增加拖库后的数据破解难度

使用怎么样的前端加密方法可以增加拖库后的数据破解难度?从两个方面分别去思考,一是降低破解速度,二是需要前端加密结果影响数据库的数据存储。数据被暴力破解出来的时间与哈希算法速度负相关。

我们知道暴力破解即是使用相同的算法把常用的字符组跑一遍,如果结果相同那么就猜中明文了。如果算法越快,便能更快的破解。例如 MD5 加密一次耗费1微秒,那么攻击者一秒钟就可以猜大约 100万个词组。

所以为了减慢破解速度,我们需要增加破解的时间,一个直接的方法就是使用更慢的算法,我们可以把常用的MD5算法替换为 bcrypt,PBKDF2 等慢算法。

对于需要前端加密结果影响数据库的数据存储,即为后端加密把前端加密结果当做明文密码,那么存在库里的密码便是前端哈希加上后端加密的结果。

由于慢的算法会增加服务器计算压力,当我们把一部分哈希工作拿到前端,即减慢了加密速度,减轻了服务器压力,也顺带完成了前端加密的工作。

加密速度减慢一定程度会降低用户体验,这也是一部分站点未启用 https 的原因之一。但是因为我们的前端加密只会用在不常使用的登录和注册上,所以不会影响网站整体的体验。

综上,我们可以使用更慢的算法,加之视前端哈希结果为明文密码,便可增加拖库破解的成本。既然增加了破解的成本,撞库的成本也同样增加了。为了避免攻击者先前使用前后端加密生成的新字典,我们需要加盐,并不定期更新盐值。下图文是使用过期 Salt 的方法描述:

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前端加密使用定期刷新的 Salt,哈希后生成密文,再经过后端加密后即为用于比对的密文。数据库中的密码哈希值跟着 Salt 进行变化,前后端需要有一套salt的更新机制。

回顾前端哈希的方法,解决了中间人攻击重放、加大了拖库破解的难度。虽然这些方法都不能完全保证用户安全,但是作为站点服务者,应该视用户为上帝嘛。这些方法也不过就是几行代码的事,但是却能一定程度的避免了用户账号被盗等风险。

 

4 非对称加密

上文中我们讨论了前端的哈希加密以及应用的场景。对于十足的安全控来说,这样的措施对于有心的攻击者基本没有用。那么我们可以采用更强的措施保障传输中的敏感数据安全。

之前有说过加密算法分为对称加密和非对称加密,因为前端的透明性,使用JavaScript来进行对称加密是不可能的了,那么只剩下了非对称加密这个选择。

经过笔者几天的调研发现,某鹅某浪的部分登录页面采用非对称加密对密码加密。这些站点目前都还是使用 http 协议,这样的安全措施一定程度保证了用户的密码安全。

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5 总结

前端使用非对称加密原理很简单,前后端共用一套加密解密算法,前端使用公钥对数据加密,后端使用私钥将数据解密为明文。中间攻击人拿到密文,如果没有私钥的话是没办法破解的。

可能有人会指出加密算法一旦被破解,这一套安全措施就没用了。况且 JavaScript 的生成安全随机数还是个问题,所以其实这是用不了 https 的权衡之计。在没有 https 的情况下,使用 JavaScript 非对称加密或者 插件加密通讯是比较好的替代方法,后者优于前者。

 

岂于安全 不只情怀

作为一个前端开发者,我们眼里不应该只充斥各种框架,更不能被旁人一句没有意义的话给击退。任何解决方案都有其适用的范围,世界上根本就没有银弹,安全问题亦是如此。

所以根据实际的情况采取符合自己的安全解决方案很重要,即使办法不是 100% 有效,也不能放弃那 1% 可以为用户保障安全的机会。

 

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